岩石变形的影响因素 岩石变形破裂的主要影响因素？

不同矿物组成、结构、构造的岩石表现出不同的力学性质。通常所说的岩石力学性质是常温、常压、短期静载条件下的。实际上，同一岩石在不同环境下表现出不同的力学性质。岩性、含水量、温度、孔隙压力、时间（应变速率）等对岩石力学性质都有影响^[100,101]。

（一）岩性

岩性是影响岩石形变特征的基本因素。岩石因成分和结构等的不同，而具有不同的强度。石英砂岩、石英岩、花岗岩、玄武岩、片麻岩等硬度大，弹性变形的屈服强度大，往往表现出脆性变形；石灰岩、片岩、各种盐岩类岩石则往往表现出塑性变形。同一岩性的岩石常由于层理或次生面理的发育，而造成岩石力学性质的各向异性。

（二）含水量

孔隙裂隙水可以削弱矿物晶体的化学键强，减少裂隙内的摩擦力，含水量大的岩石趋向于塑性变形。

油气储层中，通常包含油、气、水等流体中的一种或多种。不同的流体类型和特征，具有不同的体积弹性模量，并且孔隙流体压力的变化规律也不同。因此，孔隙流体对多孔介质变形也具有很大影响。例如，含水饱和度（即岩石力学中的湿度），湿度越大，岩石的弹性模量越小，产生相同的变形所需要的有效应力也越低（图4-1-2）。

图4-1-2 湿度对变形的影响

油气储层中水的存在会加剧岩样的应力敏感程度，含水饱和度越高应力敏感性越强。酸蚀作用和温度强化岩样的应力敏感性。含水岩样或酸蚀岩样在高温及高有效应力长期作用下，应力敏感损害将更加严重。油气钻采作业、酸压措施的实施会使近井地带岩石含水饱和度增加、裂缝面被酸性流体酸蚀，高温及高有效应力长时间作用下，力学－化学耦合，流－固耦合等作用将使应力敏感损害更加显著。

（三）围压

岩石处于地下深处变形时，承受着周围岩体对它施加的围压。增大围压一方面增大岩石极限强度；另一方面增大岩石韧性，岩石难以破裂，倾向于塑性变形。

图4-1-3所示实验结果表明：在低围压下，岩石表现为脆性，在弹性变形或发生少量塑性变形后立即破坏（图4-1-4A,B）；围压超过20MPa时，在宏观破裂之前所达到的应变增加得非常明显，岩石表现为韧性（图4-1-4D）；随着围压的增高，岩石的屈服极限和强度也大大提高，不同岩石随围压增高韧性增大的程度不同。（四）温度

图4-1-3 大理岩在不同围压下的应力－应变曲线

图4-1-4 不同围压大理岩的破裂（流动类型）

图4-1-5 玄武岩在500MPa围压的应力应变曲线

温度升高，弹性极限降低，岩石很快进入塑性阶段（见图4-1-1c，图4-1-5），表现为塑性变形。多数岩石在地表表现为脆性；趋向地下，随着温度和围压的增加，到一定深度就会从脆性向韧性过渡。因此，岩石力学实验中常把围压和温度一起考虑。实验表明，岩石在一定围压下，随着温度的升高，无论是拉伸或压缩，其屈服应力与强度均要降低，加速了由脆性向延性转化。其影响程度随着岩石类型及受力状态的不同而各异。文东油藏温度一般120～150℃与图4-1-5相比温度变化不大，可以不考虑地层温度与地面温度的差别。影响岩石变形的主要因素是围岩压力。

（五）孔隙流体压力

岩石孔隙中的流体，尤其是孔隙液体对岩石力学性质影响较为突出。粒间液体对颗粒产生一种压力，这种压力与颗粒表面垂直称为孔隙液压（图4-1-6）。自然界中岩石或多或少含有一定水分或其他液体（如石油等），孔隙中的液压随深度增加而增加，一般可近似为线性关系。

孔隙流体对岩石力学性质的影响主要表现在两方面：一方面，当岩石中富含流体时，因孔隙表面对液体的吸附使其内部表面自由能降低，增加了颗粒边界位错的可能性，岩石强度降低。另外，孔隙流体的存在促进矿物在应力作用下产生压溶、扩散、溶解、润滑等效应，有利于新矿物的生长，从而促进岩石的塑性变形。另一方面，岩石孔隙内的流体产生孔隙流体压力效应。正常情况下，地壳内任一深度孔隙水的流体静压力相当于这一深度到地表的水柱压力，约为静岩压力（或围压）的40%。某些原因可使孔隙压力异常增大。

由孔隙压力效应示意图（图4-1-7），圆I位于莫尔包络线下，岩石处于稳定状态。随着孔隙压力Pρ的增加，应力圆向左移动，当与莫尔包络线相切时，形成剪裂（a）或张裂（b）而破坏^[102]。

图4-1-6 岩石孔隙流体形成孔隙液压示意图（G—颗粒、P—孔隙液压）

图4-1-7 孔隙压力效应示意图

岩石破坏的莫尔圆图解可以很好地解释孔隙压力对岩石破坏的促进作用。图4-1-7横坐标表示有效正压力（总正压力与孔隙压力之差）。圆I代表孔隙压力为零时的应力状态，这时岩石是稳定的。随着孔隙压力的逐渐增大，虽然外加总应力不变，但有效正应力逐渐减小，使应力圆向左移动。一旦应力圆移到圆Ⅱ处，与莫尔包络线相切，岩石就要破坏。因此，异常孔隙压力可促使岩石发生断裂。当孔隙压力大到几乎等于围压时，就使岩石产生了浮起效应。用这种效应较好地解释了巨大岩席推覆和滑动的可能性。文东油田开发过程中孔隙压力是逐渐降低的，故相当于莫尔圆向右移动，岩石的稳定性增强，即裂缝及微裂缝由张开状态向闭合状态过渡。

（六）时间

岩石的脆、韧性因施力时间不同而异。如果应力作用时间长，岩石应变率低，即便是坚硬的岩石，也可以转化为塑性变形。地质作用往往长期和缓慢，脆性岩石也可以发生塑性变形。时间因素对岩石变形具有重要影响。

1.应变速率

应变速率对岩石力学性质的影响，在日常生活中也不乏实例。很多材料在快速冲击力作用下，呈现脆性破裂。如缓慢施力，在较小的应力作用下可发生很大的变形而不断裂。

2.蠕变与松弛

在应力长期作用下，即使应力在常温、常压短期屈服极限之下，岩石也会发生缓慢的永久变形。这种在恒定应力作用下，应变随时间持续增长的变形称为蠕变。另一方面，在恒定变形情况下，岩石中的应力也可以随时间不断减小，这一现象称为松弛。

松弛有两种类型。一种是应力随时间减小，逐渐趋于一大于零的定值（图4-1-8a）。另一种是应力经很长时间后可趋近于零（图4-1-8b）。两者的共同特点是初始阶段应力迅速减小，松弛速率急剧下降；第二阶段应力减小缓慢，逐渐趋于一极值。

蠕变能在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永久变形，松弛能使部分弹性变形转化为永久变形，其共同效应都相当于降低岩石的弹性极限。实际上都表现出时间因素对岩石力学性质的影响。

图4-1-8 岩石松弛曲线

岩石变形的阶段和影响岩石变形的因素

构成地壳的岩石是坚硬的，厚度和体积是巨大的，怎么会产生变形呢？首先，应该知道岩石变形的三个阶段：

一是弹性变形，岩石受外力（不超过弹性极限）发生变形，当外力去掉后变形立即消失，这种变形即为弹性变形。地震时所产生的弹性波（地震波）即属于这种性质，弹性变形在地壳岩石中不留任何痕迹，所以对研究地质构造来说，意义不大。

二是塑性变形，岩石受外力（超过弹性极限）发生变形，当外力消失后，不能恢复原来形状，而形成永久变形，并仍然保持其连续完整性，这样的变形称为塑性变形。在地壳中普遍地保留下了属于塑性变形的褶皱构造等重要地质现象。如在上中，沿着AA′方向，容易在压应力下形成褶皱。

三是断裂变形，岩石受外力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部的结合力遭到破坏，产生破裂面，失去了它的连续完整性，这种变形即为断裂变形。所谓岩石的强度极限，是指在常温常压下使岩石开始出现破裂时的应力值，也称破裂极限。地壳中广泛地存在各种断裂构造，即属于此种变形。

13794395201：学习任务影响固体岩石变形的主要因素
李刷答：三、岩石变形的地质环境(外在因素) (一)围压 岩石处于地下深处,承受周围岩体对它施加的压力,这种状态下的压力称为围压,又称为静岩压力。 实验证明,在其他条件不变的情况下,随着围压的加大,岩石内部质点彼此接近,增强了岩石中各质点的内聚力,从而提高了岩石弹性和强度极限,导致塑性(韧性)能力增强,岩石表现为不易破坏。

13794395201：岩石变形的影响因素
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